論文の概要: Fast Adaptive Optics for High-Dimensional Quantum Communications in Turbulent Channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.13041v1
• Date: Tue, 21 Nov 2023 23:05:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-11-23 16:42:06.230691
• Title: Fast Adaptive Optics for High-Dimensional Quantum Communications in Turbulent Channels
• Title（参考訳）: 乱流チャネルにおける高次元量子通信のための高速適応光学
• Authors: Lukas Scarfe, Felix Hufnagel, Manuel F. Ferrer-Garcia, Alessio D'Errico, Khabat Heshami, Ebrahim Karimi
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、あるパーティから別のパーティへ情報を送信するための証明可能なセキュアな方法である。 自由空間QKDは、この情報を長距離や地上衛星のようなファイバーベースの通信を実装できない場所で送信することができる。 自由空間リンクの主な制限要因は大気乱流の影響であり、これはQKDチャネルのエラー率と損失の増加をもたらす。 ここでは、高速適応光学(AO)システムを用いて、空間モードにおける波面歪みをリアルタイムに補正する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) promises a provably secure method to transmit information from one party to another. Free-space QKD allows for this information to be sent over great distances and in places where fibre-based communications cannot be implemented, such as ground-satellite. The primary limiting factor for free-space links is the effect of atmospheric turbulence, which can result in significant error rates and increased losses in QKD channels. Here, we employ the use of a high-speed Adaptive Optics (AO) system to make real-time corrections to the wavefront distortions on spatial modes that are used for high-dimensional QKD in our turbulent channel. First, we demonstrate the effectiveness of the AO system in improving the coupling efficiency of a Gaussian mode that has propagated through turbulence. Through process tomography, we show that our system is capable of significantly reducing the crosstalk of spatial modes in the channel. Finally, we show that employing AO reduces the quantum dit error rate for a high-dimensional orbital angular momentum-based QKD protocol, allowing for secure communication in a channel where it would otherwise be impossible. These results are promising for establishing long-distance free-space QKD systems.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、あるパーティから別のパーティへ情報を送信するための証明可能なセキュアな方法である。 自由空間QKDは、この情報を長距離や地上衛星のようなファイバーベースの通信を実装できない場所で送信することができる。 自由空間リンクの第一の制限因子は、大気乱流の影響であり、qkdチャネルにおいて大きな誤差率と損失の増加をもたらす。 そこで我々は, 高速適応光学(AO)システムを用いて, 乱流流路内の高次元QKDに使用される空間モードの波面歪みをリアルタイムに補正する。 まず, 乱流を伝播したガウスモードの結合効率向上におけるAOシステムの有効性を示す。 プロセストモグラフィーにより,本システムはチャネル内の空間モードのクロストークを著しく低減できることを示す。 最後に、AOを用いることで、高次元軌道角運動量に基づくQKDプロトコルの量子ディット誤り率を低減し、そうでなければ不可能なチャネルでのセキュアな通信を可能にすることを示す。 これらの結果は長距離自由空間qkdシステムの構築に有望である。

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